MAX3816A：DVI、HDMI和VGA接口中DDC的I2C 2线扩展器

在当今的数字显示领域，DVI、HDMI和VGA接口广泛应用于各种设备中，如高清电视、显示器和计算机监视器等。然而，长距离传输时电缆的电容负载会对信号完整性产生影响。MAX3816A作为一款专业的DDC*/I2C扩展器，为这一问题提供了完美的解决方案。

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一、产品概述

MAX3816A能够自动补偿长DVI、HDMI和VGA电缆的过量负载电容。只需在链路的显示端放置一个MAX3816A，就能在0到60米的电缆长度上双向恢复DDC时钟和数据的信号完整性。它具有高达3000pF的电缆电容补偿能力，典型值甚至超过5000pF。该芯片通过逻辑“与”检测源端和显示端的状态变化，并使用具有轨到轨压摆率限制的驱动器来确保满足I2C的上升和下降时间要求。在状态改变后，2.5µs的延迟时间可防止在电缆通道稳定期间发生后续状态变化。

在100kbps的满载条件下，MAX3816A的功耗仅为25mW（不包括上拉电阻）。它采用16引脚TSSOP封装，工作温度范围为0°C至+70°C。

二、产品特性

2.1 长距离扩展能力

支持在100kbps的速率下，将DDC或 (I^{2} C) 时钟和数据通道扩展至60米，为长距离传输提供了可靠保障。

2.2 单端解决方案

只需在显示端放置一个MAX3816A即可实现扩展，简化了设计和布线。

2.3 电容补偿能力

能够补偿0到3000pF的电缆电容（是 (I^{2} C) 规范的8倍），典型值可超过5000pF，有效解决了电缆电容带来的信号衰减问题。

2.4 多种工作模式

具备并行和串行两种工作模式，可根据实际应用需求进行灵活选择。

2.5 反射抑制

通过在转换后终止传输线阻抗，有效防止反射引起的振铃现象，提高信号质量。

2.6 完整解决方案

可与MAX3815 TMDS®均衡器配合使用，形成完整的数字视频扩展解决方案。

2.7 宽电源范围

支持3.0V至5.5V的电源供电，同时还提供了5V电缆DDC和3.3V显示DDC电平之间的可选电压转换功能。

三、电气特性

3.1 电源特性

• 电源电压范围为3.0V至5.5V，能够适应不同的电源环境。
• 在特定条件下，电源电流 (I{CC}) 最大为3.0mA， (I{DD}) 最大为7.0mA，功耗较低。
• 电源噪声容限在DC至500kHz范围内为100mV P - P，在DC至60Hz（串行模式）下为700mV，具有较好的抗干扰能力。

  3.2 信号特性

• 输出高电压 (V{OH}) ：电缆侧为 (V{CC}-0.1V) ，显示侧为 (V_{DD}-0.1V) 。
• 输出低电压 (V_{OL}) ：在负转换后1µs内可达到0.2V至0.4V。
• 高低阈值 (V{TRIGIH}) 和 (V{TRIGIL}) ：用于检测信号的高低转换，不同侧有不同的阈值设定。

  3.3 时间特性

• 上升时间 (t_{R}) ：在3.0V至3.6V电源下为700至1000ns，在4.5V至5.5V电源下为700ns。
• 下降时间 (t_{F}) ：在3.0V至3.6V电源下为200至300ns，在4.5V至5.5V电源下为300ns。
• 驱动开启时间为1750ns，驱动有源终端电阻为60Ω。
• 电平检测滤波延迟为300ns，延迟时间为2.5µs。

四、工作原理

4.1 工作模式

MAX3816A具有并行和串行两种工作模式。并行模式适用于对非合规源和宿设备具有高容忍度的应用场景，并且可以与其他加速设备在同一总线上同时工作。串行模式则适用于需要完全隔离源和宿的情况，能够有效隔离长电缆中的传输线反射，保护显示电路。

4.2 状态转换

以时钟信号为例，其状态转换过程如下：

1. 高状态：驱动器关闭，电平检测开启。当没有客户端设备控制总线时，总线处于高状态，由上拉电阻维持。
2. 高到低转换：驱动器输出低电平，电平检测关闭并启动延迟计时器。当信号下降到电源电压的75%以下时，MAX3816A驱动源端和显示端向地电平靠近。
3. 低状态：电平检测关闭，延迟期间维持低电平。在串行模式下，驱动器将电平维持在 (V_{HOLD}) 以下。
4. 低状态，驱动器关闭：电平检测开启。在延迟时间结束后，恢复电平检测。
5. 低到高转换：驱动器开启，电平检测关闭。当源端和显示端的信号都超过各自的 (V{TRIGIL}) 电平时，源端驱动上升到 (V{CC}) ，显示端由上拉电阻拉到 (V_{DD}) 。
6. 高状态：驱动器关闭，电平检测延迟。在延迟期间不检测转换，高状态由外部上拉电阻维持。当电缆和显示电平高于85%时，状态机转换到高状态。

需要注意的是，该芯片不推荐用于I2C连续时钟应用，而是针对非连续时钟的DDC应用进行了优化。

五、应用信息

5.1 显示端应用

只需在显示端使用一个MAX3816A，即可在60米的电缆长度上实现100kbps的全速率操作。在显示端应用的串行模式中，源端由源VCC（通常为5V）和地（GND_REF）供电，显示端VDD由本地显示电源（通常为3.3V）供电，以实现电平转换并减少电源噪声和偏移的影响。这种应用模式具有长电缆传输能力、隔离源反射、可关闭驱动器以隔离总线等优点，但在使用电平转换功能时，需要考虑显示EDID Prom的通信问题。

5.2 外部应用

MAX3816A还可以用于显示外部的应用，如外部盒子产品或电缆组件。根据不同的连接方式，可分为串联、可切换串联和并联模式：

• 串联模式：具有长电缆传输、隔离源反射、可关闭驱动器等优点，但一条总线上只允许一个串联连接的MAX3816A。
• 可切换串联和并联模式：结合了串联和并联模式的优点，既可以实现长距离传输，又对非合规的DDC源和宿具有高容忍度，还可以与其他设备同时使用。
• 并联模式：适用于中长电缆传输，对非合规的DDC源和宿也具有较好的容忍度，但长电缆反射可能会影响显示电路。

六、总结

MAX3816A作为一款高性能的DDC*/I2C扩展器，具有出色的电缆电容补偿能力、多种工作模式和良好的电气特性。无论是在显示端应用还是外部应用中，都能为长距离数字视频传输提供可靠的解决方案。在实际设计中，工程师可以根据具体的应用需求和系统要求，选择合适的工作模式和连接方式，以充分发挥MAX3816A的优势。你在实际应用中是否遇到过类似的信号传输问题？你会如何选择合适的解决方案呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。